Цетановое число дизельного топлива – что оно означает, как измерять, способы повышения, стандарты

Понятие «цетановое число»

Воспламеняемость – одна из определяющих характеристик дизельного топлива. Она характеризуется Цетановое число показывает, как быстро загорается топливо в цилиндре.  

При увеличении значения уменьшается время, которое потребуется для впрыска топлива. Это обеспечивает более ровное, спокойное, плавное сгорание топливной смеси. Чем больше показатель, тем быстрее запускается двигатель, повышается мощность. Поэтому дизельное топливо зимнего типа для более легкого запуска ДВС отличается более высокими показателями, чем топливо, которое предназначено для использования летом.

Почему стоит знать, что такое цетановое число?

Характеристика определяет экологичность используемого горючего и зависит от его углеводородного состава. В зависимости от доли содержащихся в топливе парафиновых и ароматических углеводородов будут меняться и качественные характеристики продукта (под воздействием высокого содержания первых воспламеняемость будет происходить быстрее, а увеличение доли вторых – к замедлению этого процесса).

Низкое цетановое число (меньше 40) приводит к тому, что с использованием такого дизтоплива двигатель будет работать на холостом ходу с характерным «дизельным стуком», а все трущиеся детали и узлы – с повышенным износом. При этом стоит отметить, что рассчитывать на нормальную работу машины можно при цетановом числе:

• более 40 при использовании топлива для грузовых автомобилей,
• от 55 – для легковых машин,
• до 20 – для крупных судов.

Также стоит отметить, что для зимних марок дизельного топлива характерно наличие более высоких показателей в сравнении с летними, что позволяет существенно облегчить пуск двигателя в холодное время года.

На что влияет значение цетана

Цетановые числа имеют прямую зависимость от состава – содержания в топливе парафинов и ароматических углеводородов. Это определяет, насколько экологично топливо, его эксплуатационные характеристики.

Оптимальные значения цетанового числа для двигателя определяются в пределах от 40 до 55 единиц, в частности:

• горючее стандартного типа – от 40 до 45 единиц;

• топливо высшего качества – 45–50 единиц.

Стандарты европейских стран накладывают более жесткие ограничения и определяют нижнее значение на уровне 48 единиц.

При превышении значения в 60 единиц увеличивается расход горючего из-за того, что топливо сжигается не полностью, появляется повышенная дымность. Снижение цетанового числа топлива менее 40 единиц провоцирует повышенный износ (двигатель работает со стуком).

В премиальном дизельном топливе содержится большее количество легковоспламеняющихся фракций, которые снижают дымность. Их следует использовать для двигателей, которые работают в холодную погоду.

Стандарт

Согласно строгим нормативам ГОСТ, оптимальная работа двигателя будет обеспечена горючим с цетановым числом не менее 45 для дизельного топлива летних и зимних марок и 40 – для арктических горюче-смазочных материалов. Несмотря то, что не представляет сложностей купить с доставкой дизельное топливо с этим показателем ниже 40, лучше не экономить на горючем и приобретать высококачественные материалы для заправки.

Горючее низкого качества характеризуется длительной задержкой воспламенения. При этом резко возрастает давление в камере сгорания, что увеличивает износ двигателя. При длительном использовании низкоцетанового горючего возможны поломки и выход из строя автомобиля раньше времени.

Премиальные горюче-смазочные материалы содержат больше легковоспламеняющихся фракций. Они более легкие, лучше адаптированы для запуска двигателя в холодных условиях низких температур. Также это горючее отличается отношением водорода к углероду. Оно выше, поэтому при сгорании такое топливо выделяет меньше дыма.

Чем октан отличается от цетана: Бензин против дизеля

Сегодня мы поговорим о таком редко обсуждаемом обывателями явлении, как октановое и цетановое числа в топливе. Что это такое в сравнении одно с другим? В чем разница? Где применяется октан, а где цетан? И нужно ли мне это знать?

Как измерить цетановое число?

Цетановое число определяют при помощи сравнения с эталонным показателем, в качестве которого принимают время воспламенения цетана в смеси с α-метилнафталином. Цетановое число этого вещества приравнивается к 100%. Рассмотрим особенности влияния этого параметра на работы двигателя:

• оптимальная работа двигателя может достигаться только при работе на топливе с цетановым числом 40-55;
• если наблюдается уменьшение значения цетанового числа, то период задержки воспламенения после сжатия возрастет. А это, в свою очередь, приведет к сбоям в работе двигателя, уменьшению давления при рабочем ходе и уменьшению мощности;
• если цетановое число дизельного топлива находится на уровне 55, то такое горючее можно отнести к премиум-классу;
• дальнейшее увеличение цетанового числа нецелесообразно, поскольку оно приведет к пагубному влиянию топлива на работу дизельной установки. Применение горючего с цетановым числом более 55 будет способствовать неполному сгоранию с образованием чрезмерного количества сажи и копоти. Возрастет также и расход топлива.

В России действуют стандарты, накладывающее ограничения на нижнее значение цетанового числа: оно не может быть меньше 40 как для быстроходных, так и для тихоходных установок.

Для измерения цетанового числа применяют опытный мотор. Cначала в России этот показатель определялся в соответствии с рекомендациями ГОСТ 3122, но установка отечественного производства ИДТ-90 не смогла пройти международных испытаний на воспроизводимость результатов. В 2009 году в международный стандарт EN590 и российский ГОСТ был введен еще один способ. Он показал хорошую сходимость, лучшую точность,  уменьшил время испытаний на 20 минут.

ГОСТ 3122-67 “Топлива дизельные. Метод определения цетанового числа” впервые был введен в действие 1 января 1968 года.

При измерении цетанового числа некоторными методами приходится сталкиваться с проблемой зависимости результата от состава дизельного топлива. Моторный подход дает правильные цифры в отношении топлив с любым фракционным составом, а различные экспресс-анализаторы требуют перекалибровки при переходе с одного вида нефтепродукта на другой, что очень неудобно.

Для определения значения цетанового числа можно задействовать три подхода: совпадения вспышек, запаздывания воспламенения и критическую степень сжатия. Чаще всего используется «метод совпадения вспышек», реализующийся на установках:

• ИТ9-3;
• ИТ9-3М;
• ИТД-69.

По конструкции – это одноцилиндровые четырехтактные двигатели, оборудованные специальным образом. При выполнении исследований частоту вращения вала мотора нужно поддерживать постоянной на уровне 900±10 об/мин.

Во многом цетановое число топлива зависит от его углеводородного состава. Ароматические углеводороды имеют самые низкие цетановые числа, а парафиновые – самые высокие.

Прибор для измерения октанового числа

Октановое число бензина определяется двумя способами. Первый – это исследовательский метод, который реализуется в специальных лабораторных условиях. Таким путем тестируется бензин с номинальным октановым числом от 92 до 98.

Бензин с низким октановым числом, например 76, оценивается моторным методом, который описывает соответствующий ГОСТ. Отличия двух методов в применении температуры. Во время исследовательского тестирования не происходит нагревания смеси до высокой температуры +150 градусов и не требуется вращения мотора с высокой скоростью (600 оборотов против 900, используемых в моторном определении числа в соответствии с ГОСТ).

Испытуемая смесь сравнивается с изначальным образцом, описанным выше, с соотношением углеводороды / гептан, равному 100 / 0. Дальнейшее вычисление октанового числа происходит с помощью специальной установки.

Для рядовых автолюбителей остается использование октанометра, определяющего силу взаимодействия точечных зарядов, находящихся в диэлектрической среде бензиновой субстанции. Расчет октанового числа происходит с помощью калибровки, поэтому измеритель октанового числа выдает достаточную большую погрешность в 5-10 пунктов. В то же время моторное октановое число определяется с минимальной погрешностью.

Как повысить цетановое число дизельного топлива

Для улучшения физических свойств в дизели добавляют присадки в соотношении от 10 до 200 мл на 100 литров горючего. Присадки могут обладает антикоррозийными, антиокислительными свойствами, уменьшать время, требуемое для воспламенения состава и включения мотора. Качество дизеля определяется несколькими характеристиками, ведущим из которых остается цетановое число. Чем оно выше, тем быстрее произойдет впрыск топлива внутри рабочей камеры транспортного средства.

Дизель является продуктом прямой перегонки жидкоуглеводородных фракций нефти. Способ получения горючего во многом характеризует продукт. Одно из особых свойств дизельного топлива – полная зависимость состояния горючего от температурной среды. С возникновением изменений во внешней среде колеблются температура фильтруемости и температура горения состава. Для различных условий подходят разные цетановые числа. Поэтому зимняя и арктические жидкости всегда содержат специальные добавки для увеличения цетанового показателя. Они позволяют обеспечить плавный запуск мотора при минусовых температурах. Минимально допустимое цетановое число зимнего дизельного топлива составляет 47 пунктов.

Повысить значение ЦЧ можно и на этапе получения дизеля. Такой способ выбирают европейские поставщики, которые могут позволить себе установку современного оборудования. Задача – снизить количество ароматических углеводородов в дизельной фракции. Для очищения на этапе перегонки подходят избирательные растворители и двухосновная кислота с максимальным окислением серы. Также в процессе можно задействовать смеси тяжелых углеводородов – предельных алканов.

Присадки, повышающие цетановое число ДТ

Для повышения цетанового числа в процессе производства допустимо добавлять в жидкость следующие присадки:

1. пропанол-2;
2. органические соединения с нитрогруппами;
3. синтетическое жидкое топливо синтин;
4. добавки на основе цетанов, например циклогексилнитрат;
5. ацетилкофермент А.

Одновременно в дизель можно добавить до пяти компонентов, что гарантирует повышение ЦЧ минимум на 5 пунктов. Общее содержание присадок в составе не должно превышать 1,5% процентов номинального объема.

Поскольку присадки обладают уникальными химическими параметрами, топливо, разбавленное ими, требует особых условий хранения. Обычно дизель с добавками не теряет своих свойств в течение максимум 180 дней. Некоторые корректоры ЦЧ необходимо заливать в горючее только перед самой заправкой.

Присадки, повышающие цетановое число дизельного топлива, которые реализуются в массовом сегменте, помимо увеличения скорости воспламенения, оказывают и другое положительное влияние на шатунный механизм и двигатель транспортного средства. Такие составы могут работать как герметики и уплотнители для основных узлов, снижая износ трущихся элементов. Многие из них одновременно улучшают низкотемпературные свойства и снижают вероятность образования смолы на поверхности рабочих деталей. Добавление в состав присадки искусственных кондиционеров для металла позволяет очищать форсунки.

Учитывая резкие перепады температур на территории нашей страны, многие водители, следующие дальними маршрутами, самостоятельно закупают присадки для добавления в топливо. Их выпускают всемирно известные поставщики горючего, а также российские заводы в удобных герметичных упаковках объемом до 400 мл, и как повысить в домашних условиях цетановое число, обозначено в инструкциях на бутылях. Объема 250 мл российским автолюбителям хватает примерно на 2000 км дороги.

Видео обзор о качестве дизельного топлива